中美太空角力，绝不止胖五去挖土，“1小时飞抵全球”才叫过瘾
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转自：军工黑科技
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11月24日4时30分，我国在中国文昌航天发射场，用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器，火箭飞行约2200秒后，顺利将探测器送入预定轨道，开启我国首次地外天体采样返回之旅。
长征五号运载火箭被人们亲切地称为“胖五”。作为我国运载火箭升级换代的重要工程，“胖五”突破了12大项、200多个核心关键技术，创新难点多、技术跨度大、复杂程度高，填补了我国大推力无毒无污染液体火箭发动机的空白。
而除了探月工程，长征系列火箭还承担着另一个重要任务：中国造1小时全球航班。
“中国造1小时全球航班”的概念是在今年9月的2020年中国航天大会上，由中国科学院院士、航天科技集团科技委主任包为民提出来的。
他透露该计划分为三步走：2025年起步建设，解决一些基础问题，到2035年初步建成，到2045年达到总目标。
建成后，“能够按需发射，我们每年发射的次数，从现在的几十次，达到成百上千次，运货总的能力可以达到万吨级，运客的可以达到万人次。”
实际上，“1小时全球航班”的设想，最早是由太空探索公司SpaceX和特斯拉的创始人马斯克提出的，他在2017年10月用一段视频揭开了这一概念，并将这个想法称为“地球对地球”。
该计划的目标是将环游世界和其他国际旅行的时间从一天或更长时间缩短到一小时以下。在马斯克展示的视频中，乘客们从美国纽约登上一艘“超重-星舰”，经过40分钟飞行后，到达目的地。
Space X致力于开发一种完全可重复使用的运载火箭星际飞船，它将以每秒7.4公里的速度将乘客从一个太空港送到另一个太空港，约为超音速喷气式飞机飞行速度的12倍。
按照这个速度，乘客从洛杉矶到纽约只需25分钟，从曼谷到阿联酋迪拜只需27分钟，从伦敦到纽约只需29分钟，从新德里到旧金山只需40分钟。
这个想法也引起了美军的注意。
就在今年，美国军事运输司令部指挥官斯蒂芬·莱昂斯表示，美军已就“一小时内将大量货物运送到地球上任何一个地方”目标，与Space X建立了合作关系，其旗下的“猎鹰”系列运载火箭凭借低成本发射极具市场竞争力，目前该公司正在研制两级可重复使用运载火箭“超重-星舰”。
莱昂斯表示，美军想打造的这款新型快速运输系统，可在不到一小时内，将相当于C-17“环球霸王”III运输机（C-17运输机）载重量的装备或人员运送到地球上任何地方。公开资料显示，C-17运输机的正常载重量在60吨左右，最大可达80吨。
莱昂斯所描述的这种运输方式，很可能采用点对点太空发射技术，即从地面某地点进行发射，进入近地轨道或亚轨道，然后通过再入返回和精准着陆，将运载器降落在指定地点，这也是“超重-星舰”的运输模式。
超重-星舰降落月球表面示意图
从技术角度看，目前太空探索技术公司已掌握火箭一子级的可重复使用技术，且成功在“猎鹰”系列运载火箭中实现工程应用。然而，根据美军的要求，80吨级有效载荷只有“超重-星舰”才能满足。其中，超重助推器负责将火箭送入亚轨道，运输货物的任务由星舰完成。星舰高速再入时的热防护和落点精确控制是一大难题。
另外，目前传统运载火箭的发射周期为15天至30天，实现一小时全球到达，需要稳定、高频率的航班化发射，这对发射场和运载设备都提出很高要求。
从经济角度分析，目前太空探索技术公司的“猎鹰”9火箭采用复用箭体，单次发射成本在5000万美元左右。这虽然比美国发射联盟旗下的“宇宙神”和“德尔塔”系列火箭的发射成本低，但远高于C-17运输机的飞行成本。
按照每小时3万美元飞行成本算，C-17运输机花费18小时绕地球半圈的飞行成本是54万美元，仅相当于“猎鹰”9火箭成本的百分之一。“超重-星舰”规模远大于“猎鹰”9，发射成本比“猎鹰”9高。因此，“一小时全球抵达”将是一种高成本运输方式，加上航班化发射，其运营成本将是一笔巨大开支。
可见，“一小时全球抵达”计划困难重重。
包为民院士也称“中国造1小时全球航班”计划很美好，但技术难度很高，“1小时全球到达，听起来还是比较让人向往的事，它可以通过亚轨道飞行，高速飞行接近第一宇宙速度，实现全球1小时跨洲际的飞行，那么它的主要实现途径，是重复的运载火箭加高超声速的技术。”
重复使用的火箭是实现这一计划的关键。
随着SpaceX公司“猎鹰”9火箭可重复使用技术的不断成熟，国人也开始关注中国何时拥有可重复使用的火箭。
而该火箭中国正在研发中，命名为长征八号火箭，它和长征七号、长征五号等新一代火箭有很多的技术联系。
右为长征八号火箭模型
早在2018年珠海航展上，长征八号火箭项目负责人宋征宇介绍了长征可重复使用火箭研发的相关信息。宋征宇指出，研制团队正对火箭垂直起降关键技术进行了前期攻关，各项技术研制有序进行。
中国工程院院士、中国航天科技集团有限公司一院系列型号总师龙乐豪表示，这款可回收重复使用的运载火箭采用了子级整体垂直反推回收的方式。这种回收方式类似于美国“猎鹰”系列运载火箭，能够实现火箭部件的再利用，有效降低成本。
预计最早于2020年，采用回收技术的长征八号火箭即可首飞。“在其服役后，可回收火箭技术将不再被美国一家垄断。”龙乐豪说，长征八号火箭采用回收技术之后，其发射报价将进一步降低，有利于争夺国际商业卫星发射市场份额。
2045年，待“中国造1小时全球航班”计划实现之时，包为民院士展望说，届时我国航班化航天运输将形成体系化能力和规模化产业，总体性能水平达到世界一流，全面形成我国航班化航天运输系统，满足我国航天重大任务和商业化运营需求。
那么，中美谁会先实现“1小时全球航班”的宏伟目标呢？
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